推行系統優化和管理實現煉油廠節能降耗

胡海蘭（蘭州石化公司研究院）

推行系統優化和管理實現煉油廠節能降耗

胡海蘭（蘭州石化公司研究院）

在能源形勢嚴峻、市場多變的情況下，如何少投資或不投資實現日常生產過程在現有工藝和設備條件下的節能降耗，已成為煉油工業的緊迫課題。文中分析了煉油廠系統優化和管理優化的必要性，提出了系統優化和管理優化的基本概念，闡述了符合國內煉油工業實際的措施，具有可操作性和明顯的節能效果。

煉油廠 系統優化 管理節能

D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.03.001

分析煉油廠的操作實際，有一類問題與高能耗密切相關。如操作參數偏離設計優化值；中段回流取熱不隨加工方案而變化；原油的存儲溫度偏高；過分追求安全，輕視裝置間的直接熱供料等等。其原因，首先是由于市場等因素變化，裝置或工藝的實際運行條件如加工量、產品方案等偏離正常狀態；其次是現有操作調整的柔性不夠，科學指導性差；最后是管理滯后，不能保證操作調整的及時性。其癥結在于現有運行和管理水平無法適應迅速變化的生產條件。專家指出，此類問題在國內煉油廠具有普遍性，它們分散、面廣、存在于生產和管理的各個環節，因此各廠造成的用能損失在(3 000～5 000)×104元/a[1]，可見其解決的重要性和緊迫性。

1 通過系統優化和提高管理水平實現節能降耗的含義

在生產條件多變、問題分散的情況下，僅靠投入來擴大設備和工藝的彈性以提高操作的柔性顯然是不可行的，不但會無限擴大投資，而且與煉油生產長周期、連續化的特征相矛盾。因此、必須基于現有工藝和設備，探求更深層面的解決方案，通過系統和管理優化實現節能的方法便應運而生。它有別于傳統的節能方法，主要手段不是技改或技措，也不以較長停工周期和大量投資為代價，而是在科學用能理論的指導下，以系統工程、流程模擬和最優化技術為基礎，主動應對工況變化，最大限度地發掘現有工藝和設備潛力，通過類似運行參數優化、局部流程調整、工藝切換、優化管理等手段，不投資或少投資，實現日常生產條件下的節能。其目標是：不管工況條件如何變化，總保持裝置或工藝在能量優化的狀態下運行。隨著模擬計算技術的發展，主要煉油工藝像分餾、傳熱等變工況優化運行的科學計算基礎已經具備。同時，經過歷次改造，加之原始設計的彈性預留，現有工藝和設備已有一定的調節手段，如旁路、備用、切換等。只要技術準備充分，思想重視，通過優化運行和管理實現煉油廠節能降耗是可行的。當前，能源供應緊張，原油價格居高不下，煉油廠在盈虧間徘徊，成本成為決定效益乃至生存的關鍵，所以著力于日常生產條件下的運行和管理優化，更具實際意義。

2 通過運行優化實現煉油廠節能降耗

2.1 基于流程模擬的分餾塔運行優化

在現有生產方案基礎上的優化和變工況時的運行優化調整方法是一致的，目的是在保證產品收率和質量的前提下，盡量將分餾塔的過剩熱由塔上部轉移到塔下部，以提高輸出熱的能級，同時降低塔頂冷卻負荷。方法是采用流程模擬[2]（相關軟件有ASPEN PLUS，PRO／Ⅱ，HYSIS等），結合操作經驗，通過多次調優，找到最大的分餾塔高溫熱輸出方案（該方案包括全塔回流熱分配和各回流的具體操作參數，如流量和出、入塔溫度等），同時在線啟動和調整相應換熱器的旁路等，以保證方案落實。由于回流參與原料換熱，多取高溫回流熱對提高原料的換后溫度，減少系統加熱爐負荷，效果是明顯的。以常壓塔和減壓塔為例，在不改變原油換熱網絡結構的條件下，實施回流取熱優化，一般可平均提高初底原油換熱終溫3～5℃，中型原油蒸餾裝置可年節省常壓爐燃料費用(120～200)×104元。另外，在實施分餾塔回流取熱優化的同時，實施回流板的水力學驗算、換熱網絡的模擬和回流泵的流量／揚程分析是必要的，可以因此檢驗其是否適應回流優化調整后的操作。

2.2 優化局部換熱流程

煉油裝置在建設和歷次改造過程中，往往為換熱流程留下了許多旁路、備用設備和調節手段，充分利用這些便利，適時應對生產方案變化，及時做出調整往往可以收到立竿見影的節能效果。如加工輕質原油時，低溫位的熱多，電脫鹽溫度超標，此時可調整跨一、二段換熱熱流的旁路閥開度，把熱量適度向二段轉移，以降低脫鹽溫度。某催化裂化混合原料70℃進裝置，直接與310℃的循環油漿換熱，同時140℃的頂循回流卻被冷卻，如果讓進料先與頂循回流換熱，再跟油漿換熱，不但可多產蒸汽4.5 t/h，還可節省冷卻負荷30%，年綜合效益240×104元。現場有閑置換熱器，蒸汽發生器也有裕量，切換條件具備，方便實施。另外，利用裝置偶然的停工機會，少投資，在短時間內，調整換熱流程也是必要的。某廠常減壓蒸餾裝置，投資45×104元，兩周內完成了原油換熱流程調整，提高初底油換熱終溫10℃，年節能效益達200×104元。

2.3 能量和物料的同時優化

下面是煉油廠常見的幾種物料效益損失類型，其中不乏能量損失[3]：

（1）物料高值低用。如初、常頂氣體和焦化富氣不經輕烴回收，直接作加熱爐燃料。

（2）物料直排，如減頂氣體放空。一套5 Mt/a的常減壓蒸餾裝置，一年的直排量約4 000 t。

（3）過度追求高品質而造成物料/能量損失。如用除鹽水而不是新鮮水作液化石油氣脫硫醇水洗水；用新鮮水而不用合格的污水汽提水作原油電脫鹽注水。

（4）由于管理不善或設備問題造成的物料和能量損失，如疏水器失效造成蒸汽直排。

（5）物料重復加工。如富含柴油餾分的減一線油作催化裂化原料，把原本可以由蒸餾工藝完成的任務轉移給了加工能耗高幾倍的催化裂化工藝，導致能耗和物耗同時增加。

煉化一體化、環保日益強化以及成品油質量標準的不斷提高，給煉油廠資源優化帶來了機遇，也提出了更高的要求。著力于長遠，要高度重視物料和能量的協同優化。

2.4 實施裝置間直接熱供料，優化物流供應溫度

裝置間互供料在煉油工藝中廣泛存在。如蒸餾裝置的蠟油、重油送到催化裂化裝置；焦化和催化裂化裝置的汽、柴油送到加氫精制裝置等。目前，不少廠的流程依然是上游裝置的產品先在本裝置換熱和冷卻，然后進中間罐，經泵輸送到下游裝置重新換熱或加熱。這種重復加熱、冷卻造成大量能量損失。以3 Mt/a催化裂化裝置為例，如果原料以120℃供應，而不以冷后90℃供應，可直接節省熱負荷約15 MW，足見熱供料的必要性。另外，裝置間直接熱供料的運行也存在優化的問題，優化變量通常是物料供應溫度，它是參與裝置熱量盈余和用能效率的綜合反應，要在滿足參與裝置各種工藝和設備約束的條件下，以整體用能（或能耗費用）最少為目標，通過技術經濟分析，求得優化的供應溫度，并嚴格按此溫度操作。

2.5 蒸汽動力系統的優化運行

蒸汽動力系統的能耗約占煉油能耗的三成，可知其優化運行的重要性。其內容主要包括變工況條件下蒸汽、動力的品質和數量保證；全廠蒸汽和燃料氣平衡及此基礎上的最佳功熱聯產；鍋爐、汽輪機的開停，負荷率分配及備用策略優化；蒸汽管線的啟、停；疏水器的合理設置；凝結水回收系統的建立和優化；減溫減壓器的合理啟用和監控；夏季燃料氣平衡及利用等。目前最突出的矛盾是中壓蒸汽減溫減壓和夏季大量低壓蒸汽放空，這是燃料氣平衡、季節變化、生產方案變化和現有設備狀況等矛盾的綜合反應；同時缺乏對蒸汽動力系統的定量了解，科學調度手段不足，許多矛盾只能憑經驗處理。因此要將蒸汽動力系統優化運行納入全廠計劃排產，在提供煉油工藝解決方案的同時，為蒸汽動力系統的變工況運行提供指導；要推廣蒸汽管線系統模擬軟件的應用，從離線診斷逐步過渡到在線分析。總之，通過運行優化實現節能的機會很多，滲透到工藝、操作甚至是設備的各個細節，關鍵是自覺和靈活運用。如某廠針對原油性質變化，優化常壓塔系統汽提蒸汽分配（即優化常壓塔底吹汽比例和產品汽提塔各段吹汽的比例），節省蒸汽和提高輕質油收率，實現年效益120×104元。再如某廠優化催化裂化主分餾塔頂循環回流取熱和塔頂冷卻，關停冷回流，年節約幾百萬元。

3 通過管理優化實現煉油廠節能降耗

管理本身能夠創造效益，同時對運行有巨大的推動作用，保證運行優化長效實施，又可以運行優化的實踐豐富其內容。因此，在市場客觀條件多變的情況下，更要重視管理在日常節能工作中的作用。

3.1 通過管理優化實現節能降耗的措施

3.1.1 優化原油儲存溫度

儲運系統能耗約占全廠能耗的6%[4]，其中原油儲存溫度高是儲運系統高耗能的主要原因之一。據統計，一個10 Mt/a的煉油廠，平均降低原油儲存溫度2.5℃，年可節省維溫蒸汽2.5×104t，節省蒸餾裝置循環冷卻水消耗1.0 Mt，降低蒸餾加工能耗約0.2個單位。所以要在保證正常脫水深度的前提下，分季節，分品種，制定不同時段、不同品種的原油最低儲存溫度，并嚴格實施。同時優化維溫熱源供應，如夏天和輕質原油盡量采用乏汽（有條件的罐區還可以采用熱水），不用1.0 MPa的蒸汽。另外，要優化中間產品的儲存溫度，以減少上游裝置的冷卻負荷和下游裝置的加熱負荷；要加強罐區疏水設施的管理，減少蒸汽直排。如某廠分別調低兩種主要原油的儲存溫度3℃和2℃；夏季用乏汽維溫；更換20臺疏水器；嚴格原油脫水深度。全年累計節約1.0 MPa蒸汽2.3×104t。

3.1.2 管理措施

分季節制定不同的產品出裝置溫度，減少冷卻負荷；搞好加熱爐“三門一板”的維護，降低排煙熱損失；加強采暖管理，控制合適的熱水溫度，降低供熱負荷；合理提高循環水換熱溫差，減少水耗；細化裝置照明管理，節省電耗；及時切換機泵，避免“大馬拉小車”；及時清掃爐管、空冷翅片等，提高傳熱效率；及時查堵蒸汽和水的跑冒；搞好重質油品換熱器的開停工保護，防止結垢等等[5]。

3.2 加強實現運行和管理優化的基礎工作

3.2.1 建立柔性和動態的操作控制體系

現有運行問題矛盾的核心是生產條件客觀多變，單憑經驗已無法應對，因此要結合操作經驗，采用流程模擬和優化技術，分裝置、分崗位制定適應變工況條件，以優化運行為目標的新的操作規程和新的工藝控制指標，盡量使操作控制接近客觀實際和具可操作性，這是實現運行優化的技術前提。

3.2.2 建立能量分析、診斷和評價體系

體系應包括主要設備和管線散熱損失的簡捷計算方法；耗能介質現場統計、測量和校驗的簡捷方法；煉油裝置和煉油企業能量平衡標準；物料流程模擬智能轉換為能量流程模擬的軟件；結合DCS數據和全年統計數據的能量平衡校正方法與實用技術等等。通過建立這套體系，把目前條件下幾年才進行一次并且花費數月和大量人力才能完成的能量平衡工作在幾天內完成，真正起到瓶頸診斷、優化運行的作用。

3.2.3 煉油廠能源產品的合理定價

這是運用市場經濟法則，嚴格內部經濟核算，量化節能，提高核算單元節能積極性的基本措施。如果中壓蒸汽與低壓蒸汽等價（事實上，按熱力學第二定律的觀點，3.5 MPa的蒸汽應該比1.0 MPa蒸汽貴42.80元/t），中壓蒸汽減溫減壓就不可避免；如果除鹽水與新鮮水差價無幾，高水低用就順理成章。可見價格杠桿的作用很大。所以一定要根據實際運行成本，結合設備折舊，參考市場價格，對煉油廠內部的能源產品科學定價。價格理順了，內部用能考核才有可能，節能才有推動力。

3.2.4 加強流程模擬軟件的普及與應用

目前，各大中型煉油廠基本都有大型流程模擬軟件，如果只為設計和研究所用，其效能還遠遠沒有發揮。一定要應用于瓶頸診斷、操作調整，只有這樣，運行優化才有技術保證。

3.2.5 轉變觀念，加強人員培訓

運行和管理優化促節能的日常性決定了它的全員參與性。為了動員全體員工參與，首先要強化節能意識，要讓“節能意味著效益”、“節能是大量小事的集合”、“節能需要精細操作”等觀念深入人心。其次要扎實開展節能技術培訓，讓各崗位的操作工理解和掌握優化操作，自覺接受管理。只有把一線員工推向前臺，把專家的工作變成大家的工作，以人為本，節能事業才有生命力。

總之，通過運行和管理優化實現煉油廠節能降耗是為了適應客觀多變的國際油品市場形勢和劇烈的國際行業競爭，是一種日漸被重視且行之有效的節能方法，十分符合國內煉油工業的實際，應盡快普及推廣，使其成為降低成本、提升競爭力的有效手段。

[1]華賁.當前我國煉油工業的幾個問題[M].中國石油化工科技信息指南.2003(上)：25-29.

[2]羅依霞，華賁，尹清華，等.基于能量流程模擬的過程系統操作調優[J].石油化工，1998，27(1)：38-45.

[3]石油化工設計手冊(第四卷)[M].北京：化學工業出版社，2002，34-136.

[4]鄭世桂.進一步降低煉油企業的能耗[J].煉油技術與工程，2003，33(8)：50-54.

[5]華賁.中國能源形勢與煉油企業節能問題[J].煉油技術與工程.2005，35(4)：1-5.

胡海蘭，2010年畢業于華東理工大學，工程碩士，高級工程師，現從事能量優化節能管理工作，E-mail：cnhhl@163.com，地址：甘肅省蘭州市西固區清水街17號，730060。

2011-03-18)